本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定代表《大众科学》的观点
本周发布的一则新闻报道称，新的研究表明植物“可以思考和记忆”。
英国广播公司新闻网写道，植物可以“像我们自己的神经系统一样，以非常相似的方式将信息从一片叶子传输到另一片叶子”。文章继续断言，植物会记住信息，并利用“光线中加密的信息来免疫季节性病原体”。
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植物不会思考或记忆。这些借用的术语不能准确描述植物的功能。然而，像大多数生物一样，植物可以感知周围的世界，处理来自环境的信息，并通过改变它们的生长和发育来响应这些信息。事实上，植物对环境变化的反应方式会让许多人感到惊讶地精密复杂，尽管植物学家几个世纪以来就已知晓这些能力。
华盛顿大学的植物学家伊丽莎白·范·沃尔肯堡说：“人们常犯的一个大错误是说话时好像植物‘知道’自己在做什么。” “生物学教师、研究人员、学生和普通人都犯同样的错误。我宁愿说植物感知并做出反应，而不是植物‘知道’。用‘智力’或‘思考’这样的词来形容植物是错误的。有时这样做很有趣，有点挑衅性。但这只是错误的。很容易犯这样的错误，即从另一个领域借用一个词并将其应用于植物。”
英国广播公司新闻网的报道是基于一项研究，该研究即将发表在《植物细胞》杂志上。波兰华沙生命科学大学的共同作者斯坦尼斯瓦夫·卡尔平斯基最近在捷克共和国布拉格举行的实验生物学学会年会上介绍了他的研究。
报道称，根据这项研究，用光刺激一片叶子细胞会在整个植物中产生一系列电化学事件，这些事件通过称为束鞘细胞的特殊细胞进行传递，就像电脉冲沿着动物神经系统中的神经细胞传播一样。研究人员发现，即使在黑暗中，这些反应也会持续几个小时，他们将此解释为一种记忆。
这就像说因为池塘表面被鹅卵石击中后会继续起涟漪，所以水是在“记住”某些东西。这个类比不太恰当。但植物确实会产生电信号，而这些信号对光的反应功能才是这项新研究的真正重点——这是对植物电信号研究不断增长的贡献的最新成果。
虽然植物没有神经，但植物细胞能够产生称为动作电位的电脉冲，就像动物的神经细胞一样。事实上，所有生物细胞都是带电的。
细胞使用膜来保持其内部与外部的分离。一些非常小的分子可以渗透到膜中，但大多数分子必须通过膜内的孔或通道。离子族是一类迁徙分子：带电粒子，如钠、钾、氯和钙。
每当不同浓度的离子在细胞膜的相对两侧积聚时，就会存在电流的潜力。细胞利用嵌入细胞膜中的蛋白质通道和泵来管理这种电势——这些门卫调节带电粒子跨细胞膜的流动。离子进出细胞的受控流动构成了植物和动物的电信号传导。
阿拉巴马州奥克伍德大学的植物生理学家亚历山大·沃尔科夫解释说：“在任何细胞中，你都有一个膜。” “膜的两侧都有不同浓度的离子，这会产生电势。无论是动物细胞还是植物细胞都无关紧要——这是普通的化学原理。”
由于某些类型的植物细胞与神经细胞有一些共同特征——它们排列成管状束，它们的膜中含有离子通道——一些植物学家认为植物沿着这些细胞的连接网络传播动作电位，类似于动物神经系统中的信号传导。但大多数植物学家都同意，植物没有专门为长距离快速电信号传导而进化的细胞网络，就像大多数动物一样。植物根本没有真正的神经系统。
因此，如果植物不像动物那样在神经系统中使用电信号，那么它们产生的电脉冲有什么作用呢？在大多数情况下，植物生物学家并不知道。“我们对植物电信号的了解与我们对动物电信号的了解一样久，”范·沃尔肯堡说。“但在大多数植物中，这些信号的用途仍然是一个悬而未决的问题。”这个谜团的显著例外是那些依赖电信号进行快速运动的植物，例如肉食性的捕蝇草或含羞草——一种叶子在被触碰时会折叠起来以阻止食草动物的植物（见下方视频）。
近年来，一些研究表明，植物中的电信号传导会改变和调节植物细胞中的各种生物过程。一些植物学家认为，电信号不仅为奇异的捕蝇草的捕捉陷阱提供动力——它们对于你草坪上生长的草也同样重要。测量植物中的电脉冲很容易，但将它们与特定的植物功能联系起来则困难得多，植物生物学界远未就大多数植物如何使用这些脉冲达成共识。
卡尔平斯基的新研究试图将光激活的电活动与植物的免疫防御联系起来。在这项新研究中，研究人员在将植物暴露于强剂量的蓝色、红色或白色光照前一小时或后一小时、八小时或二十四小时，用细菌病原体感染了拟南芥（鼠耳芥）的叶子。光照前处理的植物产生了抗性，但未经过任何预先光照而感染的植物则没有表现出抗性。
卡尔平斯基解释说，当暴露在强光下时，植物吸收的能量超过了它们光合作用所能使用的能量——但他不认为植物会浪费这种过剩的能量。卡尔平斯基说，植物将能量转化为热能和电化学活动，这些活动随后可以触发生物过程，如免疫防御。“似乎植物仅使用其光吸收系统就可以提高对病原体的抵抗力，”卡尔平斯基说。“我们发现电化学信号传导正在调节这一过程。植物中的电信号传导从达尔文时代就已为人所知——这并不新鲜。但尚未描述的是光可以诱导动作电位。我们发现蓝色、白色和红色光存在不同的信号传导。如果植物可以对不同波长的光发出不同的信号，那么植物也可以看到颜色。”
卡尔平斯基认为，当不同波长的光照射到植物叶子上时，植物会产生不同的电脉冲，并且植物利用这些脉冲以某种方式调节其免疫防御。他甚至推测植物可以利用这种能力来对抗季节性病原体。但这种机制究竟如何运作尚不清楚。
电信号传导在大多数植物中的作用仍然很大程度上是神秘且无法解释的——当然也不足以证明植物可以“思考和记忆”的说法。但是，有很多有据可查的例子表明，植物以复杂的方式改变自身的生长以响应环境变化。
想想这个事实，即使你把植物侧放，根总是朝着重力方向生长，而芽总是朝着光线方向生长。生物学家已经研究出，这些分别称为向地性和向光性的过程，依赖于改变植物组织中细胞生长速率的激素：如果根或芽的一侧比另一侧生长得更快，它就会弯曲。攀缘植物，如藤蔓和蔓生植物，使用类似的机制来响应触摸，缠绕和卷曲在它们接触到的第一根杆子、墙壁或树枝上。
植物还会处理来自环境的信息，并根据这些信息改变它们的生长。“有些植物在白天变短时开花，而另一些植物在白天变长时开花。它们通过对每天和每夜的长度进行列表式反应来‘知道’白天正在变长或变短，”范·沃尔肯堡说。“这种工作方式是基于植物的昼夜节律。人们没有意识到植物也像动物一样有昼夜节律。植物有各种基于其昼夜节律的运动。”
幼小的向日葵和其他幼小植物的花冠和叶子可以追踪太阳从东到西的弧线——这种现象被称为向日性，它确保在关键的生长时期获得最大的光照。还有更多令人惊讶的植物响应环境变化的例子。想想电报草：一种奇特的亚洲灌木，它有微小的卫星叶片，不断旋转以监测其环境中的光线。卫星叶片的枢轴非常可靠和迅速，以至于你实际上可以实时观察到它们的移动（见下方视频）。它们永恒的舞蹈追踪着一天中光线的移动，调整主要叶片的位置以尽可能多地吸收光线。
有了如此令人惊讶的植物处理信息和适应环境的能力的例子，就没有必要试图赋予植物它们并不真正拥有且不需要的智力、思想、记忆或其他认知能力。它们已经足够聪明了。
叶子图片由维基共享资源提供
